上海地区河网水系脆弱性及热环境效应研究

论文摘要

河网水系的自然功能、景观生态功能、社会服务功能对上海地区的发展一直具有重要作用。自开埠以来上海地区河网水系在人为活动干扰下呈现单一化、主干化,从而对水文、气候、景观生态、航运等方面产生不利影响。有关河网水系的系统评价与生态环境效应研究,引起了社会和学术界的广泛关注。针对河网水系的演变、评估和功能等进行研究,对于全面、多层次地认识城市发展规划与河网水系之间关系具有重要的理论和现实意义。本文通过查阅文献和历史资料,利用GIS技术构建的上海老城厢历史河网水系,同时根据1965、1994、2013年的土地利用遥感影像解译数据,阐述历史时期和近几十年时期河网水系的演变及影响因素。以脆弱性为切入点,搭建河网脆弱性PSR模型的评估框架,运用Arcgis空间分析工具深入分析河网水系的脆弱性和空间分布,并讨论土地利用方式的影响。此外,为分析河网水系的热环境效应,本文以上海外环线内为研究区域,Landsat遥感影像为数据基础,讨论季节、河网水系主干河流的热环境时空变化特征,并对地表覆被类型、河网水系与地表温度之间的关系进行分析,并研究河网水系市级河流的降温效应及其影响因素。本文主要结论如以下几点:(1)上海老城厢的河网水系演变历程可划分为开埠之前、开埠之后。根据老城厢水系中所有河流长度与护城河长度(填浜筑路后道路长度)之间比值和年际比值的变化,开埠之后至建国前河网水系演变可分为准备时期(1875—1901年)、开始时期(1901—1911年)、快速时期(1911—1918年)和结束时期(1918﹣1949年)。由于传统经济城镇思想观念的限制作用,老城厢河网水系演变时间滞后于原本乡村租界的演变时间。通过分析1965、1994、2013年中心城区(闸北虹口地区)、近郊区(莘庄工业区地区)、远郊区(惠南镇地区)的河网密度、水面率、盒维数等指标发现,闸北虹口地区河网水系退化基本发生在1965至1994年时期,1994至2013年时期基本未发生变化;莘庄工业区地区在两个时期水面率变化较为一致,而河道长度、盒维数变化并不一致;惠南镇地区在1994至2013年时期河网水系演变速率明显快于1965至1994年时期。(2)城市化造成上海不同区域间水系特征差异明显,浦东和青浦地区河网密布,中心城区河网稀疏。上海地区河网水系脆弱性由中心城区向郊区从高到低辐射,脆弱性程度面积占比排序为:轻度(31.93%)>中度(22.71%)>微度(20.71%)>重度(20.26%)>极度(4.38%)。河网水系脆弱性具有显著的空间自相关,空间聚集和异质性明显,河网水系脆弱性高和低地区之间具有明显界限。四类地表覆被类型与河网水系脆弱性都有显著相关性,建设用地是引起河网水系脆弱性升高的主要因素。(3)上海市外环线内季节时间尺度下地表温度空间分布有较大差异,春夏季之间相同程度高,与秋季有所出入,与冬季则完全不同。黄浦江等河流在春季、夏季形成明显低温廊道,而在秋季、冬季则不会形成。春夏季水域地表温度最低,而秋冬季城市绿地地表温度最低。根据地表覆被类型的DI值、面积占比与地表温度值的关系分析,地表覆被类型在秋冬季节时对于地表温度影响较小,春夏季节时影响较大。水域在春季、夏季、秋季、冬季面积占比达到0.20、0.35、0.20、0.15时,降温效益最好;建设用地春季、夏季其面积占比在0.70时,降温效果最明显。水面率与地表温度的相关程度明显高于河网密度。水面率每增大10%,在春季、夏季时地表温度分别平均下降0.9682℃、0.6880℃。在春季、夏季时,河流面积、宽度、流速与河流地表温度、降温效应都具有较好的相关性。河流降温效应研究中水体四个季节的平均降温梯度分别为7.24℃/km、7.55℃/km、2.95℃/km、4.25℃/km。河流宽度增加10m,春季、夏季的降温幅度分别增长0.56℃、0.43℃;河流面积每扩增1km~2,降温幅度分别增加2.56℃、1.94℃;河流流速增加0.1m/s,降温幅度分别增加1.63℃、1.48℃。对黄浦江的降温效应研究发现在东岸、西岸上降温效果存在一定差异。

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摘要

ABSTRACT

第一章前言

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 水系演化研究进展

1.3.2 河网水系评价研究进展

1.3.3 城市热环境研究进展

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 工作基础

1.4.2 研究内容

1.4.3 技术路线

第二章上海地区城市化过程中的河网水系演变

2.1 数据来源与研究方法

2.1.1 数据来源

2.1.2 数据处理

2.2 历史时期上海地区河网水系演变

2.2.1 上海地区地形地貌演变历史及现状

2.2.2 上海地区河网水系历史演变

2.3 16世纪至建国前时期上海老城厢河网水系演化

2.3.1 开埠之前河网水系演化

2.3.2 开埠到建国之前河网水系演化

2.4 近50 年来上海典型区块河网水系演变

2.5 小结

第三章上海地区河网水系脆弱性探讨

3.1 数据来源与研究方法

3.1.1 河网水系脆弱性PSR模型框架

3.1.2 指标体系构建

3.1.3 数据处理

3.2 上海地区河网水系脆弱性特征

3.2.1 河网水系特征

3.2.2 河网水系脆弱性特征

3.2.3 空间自相关分析

3.3 土地利用方式对河网水系脆弱性的影响分析

3.4 小结

第四章上海外环线内城市河网水系热环境效应

4.1 数据来源与研究方法

4.1.1 数据来源

4.1.2 数据处理

4.2 季节与河网水系主干河流的热环境特征

4.2.1 季节热环境特征

4.2.2 河网水系主干河流热环境特征

4.3 地表覆被类型与季节地表温度关系

4.3.1 地表覆被类型地表温度和其分布指数

4.3.2 多尺度下地表覆被面积占比与地表温度相关性

4.3.3 地表覆被类型热环境阈值

4.4 河网水系与季节地表温度关系

4.4.1 河网水系形态结构与地表温度关系

4.4.2 控制建设用地比重下水面率与地表温度相关性

4.4.3 市级河流地表温度的影响因素

4.4.4 市级河流区域位置对河流地表温度的影响

4.5 河网水系市级河流季节的降温效应

4.5.1 市级河流水体的降温特征

4.5.2 市级河流降温特征的影响因素

4.5.3 黄浦江的降温效应

4.6 小结

第五章结论与建议

5.1 研究结论

5.2 对策建议

5.3 不足与展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 程锐辉

导师: 车越

关键词: 河网水系,脆弱性,地表温度,热环境效应,上海

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用,水利水电工程

单位: 华东师范大学

基金: 水体污染控制与治理科技重大专项(2017ZX07207003﹣01),太湖流域水资源保护局科研项目:太湖流域水生态文明建设评价指标体系研究

分类号: TV213.4;X16

总页数: 88

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